PROCEEDING NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE PENVISIHAN FRAKSI TOTAL SUSPENDED SOLID AIR limbah BERDASARKAN TIPE FlOCCUlENT INDUSTRI PADA UNIT SEDIMENTASI SETTLING Departemen Alien Kurniawan dan Yanuar Chandral Wirasembada Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor E-mail: allen.kurniawan@gmail.com ABSTRAK Pada perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (lpal), unit sedimentasi merupakan salah satu unit utama untuk mereduksi polutan air limbah, seperti Total Suspended Solid (TSS). Pengembangan dan modifikasi unit sedimentasi perlu ditindaklanjuti terhadap perubahan konsentrasi dari unit terdahulu, misalnya koagulasi-flokulasi. Penelitian ini dirancang untuk menentukan persentase penyisihan TSS skala laboratorium berdasarkan tipe flocculent settling sehingga persentase penyisihan TSS,nilai waktu detensi, dan overflow rate dapat diprediksi berdasarkan kondisi karakterisitik air limbah terkini. Metode penelitian dilakukan berdasarkan pengujian konsentrasi TSS air limbah hasil proses koagulasiflokulasi pada beberapa titik sampling per satuan waktu. Variasi persentase penyisihan adalah 10, 20, 30, 40, SO,60, dan 70%. Berdasarkan kurva isokonsentrasi, total penyisihan fraksi penyisihan terhadap nilai variasi persentase penyisihan adalah 42,49; 6,79; 63,74; 70,43; 7,7; 78,21; 82,86%. Nilai tersebut menjadi acuan terhadap penentuan waktu detensi dan overflow rate unit sedimentasi. Kata kunci: flocculent settling, fraksi total suspended solid, overflow rate, waktu detensi. PENDAHULUAN Sedimentasi merupakan proses penyisihan secara gravitasi massa jenis padatan yang lebih besar dari massa jenis fluida (Lin, 2004). Proses pemisahan padatan tersusupensi dalam air limbah melalui proses sedimentasi menggunakan aspek mekanis fisik tanpa melibatkan aspek molekular kimiawi atau difusi. Tenaga mekanis akan menekan partikel, cairan, atau campuran partikel cairan yang tidak diperlukan pada molekul individual. Pemisahan mekanik tersebut dipakai untuk campuran heterogen. Secara umum, koloid tidak ditangani melalui metode ini, terutama partikel berukuran lebih dari 0,1 urn, Teknik proses pemisahan padatan tersusupensi berdasarkan pada perbedaan fisika antara partikelpartkel tersebut, seperti ukuran, bentuk, atau densitas. Teknik ini dapat digunakan untuk memisahkan zat padat dari gas, zat cair dari gas, zat padat darl zat padat, atau zat padat dari zat cair. Jenis pengendapan terbagi menjadi tiga tipe, yaitu discrete settling, flocculent settling, dan hindered zone settling. Flocculent settling ditujukan pada partikel ukuran flok ketika partikel ukuran besar akan menyusul partikel-partikel ukuran lebih kedl untuk membentuk suatu ikatan pengendapan lanjutan dengan kecepatan pengendapan terus bertambah dari kecepatan awal masing-masing partikel. Kemungkinan kontak antara partikel-partikel tergantung pada kedalaman zona pengendapan. Penelitian ini dirancang untuk penentuan persentase penyisihan Total Suspended Solid (TSS) skala laboratorium berdasarkan tipe flocculent settling sehingga persentase penyisihan T, nilai waktu 179 ISBN: 978-602-71782-0-
PROCEEDING NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE detensi, dan overflow rate dapat diprediksi berdasarkan kondisi karakterisitik air limbah terkini. Hasil dari penelitian ini diharapkan akan memberikan hasil pendekatan logis untuk rancangan unit sedimentasi pad a pengolahan air limbah. METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan contoh uji air limbah pad a salah satu industri di bidang penyedia produk perawatan tubuh dan cairan pencuci piring terkemuka di Jakarta. Pengambilan contoh uji dilakukan selama enam jam pada rentang waktu satu minggu sehingga karakteristik air limbah dari seluruh variasi jenis proses diharapkan dapat terwakili. Alat penelitian menggunakan tangki sedimentasi sistem batch terbuat dari bahan flexy glass, cawan, furnace, oven, ph meter, turbidimeter, DO meter, timbangan analitik, desikator, dan penggaris. Selain contoh uji air limbah, tambahan bahan penelitian menggunakan akuades dan kertas saring untuk pengukuran TSS. llsan C:::J--+- IS an C:::J--+- 6 an -+-.San r-l--+- 2cm C:::J--+- S cm _ -+-- Ocm Ucm Gambar 1 Reaktor sedimentasi dengan variasi pengambilan titik sampling Contoh uji air limbah campuran supernatan dan padatan hasil jar test berdasarkan dosis dan ph koagulan optimum dimasukkan ke dalam reaktor pad a Gambar 1 hingga batas maksimum. Kemudian, parameter TSS,Chemical Oxygen Demand (COD), dan Biochemical Oxygen Demand (BOO) dihitung saat supernatan dan padatan berada pada kondisi tercampur. Setiap interval waktu pengendapan lima menit selama satu jam, contoh uji diambil pad a setiap titik sampling untuk mendapatkan parameter TSS.Hasil analisis dimasukkan ke dalam tabel sebagai data primer analisis. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada proses sedimentasi f/occulant, partikel-partikel individu bergabung menjadi satu dan membentuk gumpalan bernama flok. Proses ini terjadi saat padatan tersuspensi memiliki konsentrasi besar. Pada keadaan diam, partikel tersuspensi dalam air limbah memiliki kecendrungan alami untuk berkelompok (agglomerate). Kecenderungan ini diamati saat penelitian berlangsung sehingga data parameter TSS diperoleh berdasarkan waktu dan ketinggian reaktor (Tabel 1). Berdasarkan data pada Tabel1, konsentrasi TSSmeningkat saat kedalaman reaktor bertambah dan menu run pada titik sampling yang sama terhadap perubahan waktu pengamatan. Hal tersebut disebabkan partikel f/occulant mengalami perubahan bentuk, ukuran maupun berat selama menjalani proses pengendapan, sehingga 180 ISBN: 978-602-71782-0- " t,~.,..+...
~, PROCEEDING NATIONAL CONFERENCEON CONSERVATION FOR BETTERUFE proses pengendapan partikel flocculant tergantung pada kedalaman tangki sedimentasi. Selain itu, proses koagulasi dan flokulasi menentukan efisiensi pengendapan di dalam unit sedimentasi melalui tahap penentuan dosis optimum koagulan padajar test. Selain itu, partikel tersuspensi dalam air buangan bukan jenis partikel diskrit tetapi merupakan jenis partikel ringan dan kedl yang bersinggungan kemudian bergabung dan bertambah ukuran. Akibat terjadinya pergabungan flokulan, termasuk koagulan kimia, dan flok biologi, massa partikel bertambah sehingga dapat mengendap lebih cepat. Fenomena ini dikenal dengan flocculants atau sedimentasi tipe 2 (Shun Oar lin, 2004). Proses flokulasi dapat meningkatkan efisiensi penyisihan. Proses ini cukup dinyatakan dengan persamaan-persamaan. Karakteristik pengendapan dari materi flokulan biasanya dijelaskan oleh analisis kolom sedimentasi. Hasil analisis yang bagus biasanya didapat dari percobaan menggunakan pipa plastik berdiameter 3 cm dan tinggi 3 m. Titik-titik pengambilan sampel berada seragam sekitar 4-60 cm sepanjang tinggi kolom (Tchobanoglous et al. 2002). Tabel1 Konsentrasi TSSpada variasi pengambilan titik sampling Tingi titik sampli ng (cm) Waktu sampling (menit) o 10 1 20 2 30 3 40 4 0 TSS(mg/l) o 14 109 723, 472, 469 414, 327 311 288 267 239 187, 0, 2 1 12 12 10 12 866 499 428 374, 416 276, 29 280, 248 30 2 13 9 14 4, 1 1, 14 147 130 989, 48, 49, 373 337, 287, 277, 1,7 7,3 7, 4, 0, 6, 4 1 14 1 1 12 10 143 126 892 20, 37 362 320, 2 8 8, 0, 8, 2 1 2, 60 16 16 16 16 19 13 13 149 142 128 111 874 19 3, 1, 3,3 7, 2, 9 7 9, 6 1, 6, 7 14 17 17 18 14 18 17 17 1 12 147 136 121 6, 2 2 3, 9 4, 6, 6 6 3 7 9 181 ISBN: 978-602-71782-0-
PROCEEDING NAnONAl CONFERENCE ON CONSERVAnONFOR BETTERUFE 10 tf-1- i. d-tt---' 20 ' r+,-+ '.-t _ E ':30 ~.!I "40 1,- '" + so r "1---f-+- :'.: I :lit+t I i,--'--' -+ ill" Ij--r-;- I 60 -t-:, I i ~-t:+1.' 70 r-t j + f--i---i!- --l--j-- o 10 -i- -:- -1 ''t=t=i'- f' :t, - I -~--n-+- t-,+-; - --If-, --~ -~-, '-+-P ~l=, -1 ++ 1-=tJ::: " H-,-.!.-j..- ~tt:t- 1 20 2 30 3 40 4 so 60 6 70 t,menit Gambar 2 Kurva isokonsentrasi flocculant settling Berdasarkan data pada Tabel 1, kurva isokonsentrasi atau isoremoval dibuat dengan parameter kedalaman terhadap waktu (Gambar 2). Partikel di masing-masing fraksi terus-menerus berubah karena partikel saling menyatu satu sama lain sehingga kurva ini dapat merepersentasikan nilai gross dari efektifitas penyisihan partikulat. Warna dari masing-masing kurva menggambarkan persentase removal hasil perhitungan. Tiap kurva pad a Gambar 2 mewakili kemampuan unit dalam mengendapkan fraksi paritikulat. Data pada Gambar 2 dapat digunakan secara langsung untuk mengestimasi total removol. Untuk menemukan total removal pad a waktu tertentu, dapat ditambahkan garis bantu untuk memudahkan estimasi Garis bantu tersebut berupa garis median yang digambar tepat diantara kurva isokonsentrasi (Droste 1997). Interpolasi menggunakan garis bantu tersebut dilakukan untuk mendapatkan nilai persentase yang lebih akurat. Pada Gambar 2, nilal overflow rate merupakan perpotongan antara kurva isokonsentrasi dengan ketinggian kolom tes. Secara mate mat is, perhitungan overflow rate dapat dihitung menggunakan persamaan berikut. (1) H merupakan ketinggian kolom tes, sedangkan t/ merupakan waktu yang ditentukan berdasarkan perpotongan antara kurva isokonsentrasi. Hasil rekapitulasi perhitungan overflow rate disajikan pada,-, Gambar 3. J82 ISBN: 978-602-71782.() S,i,,> -~
._------- c. _ + PROCEEDING NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE 80 r -.,-------c ~-._-- - c_-,-:--- ',--.--- ------.-.-~-... -v-r-r-'- --- --- --- --...---, I *,.70 ---------.----'------------_.,-----_.. _.._---_.._-.-.._---.-.---- -~ ~ 60 o E ~ 0 "0 :g 40 V) ';.. I.._-, "C Y= 0,461x 2-24)437x + 333,14. ~ 30 ---- 1.,- -r--- ------~--! a3 I I ', j:: l=n_= ~~~~---==-r~~; o"f ~ :': --- 10,00 1,00 20,00 2,00 30,00 - Overflow Rate, m.hari Gambar 3. Kurva hubungan antara persentase TSS removal terhadap overflow rate Gambar 3 menunjukkan bahwa total removal dengan overflow rate mempunyai hubungan logaritmis dan berbanding terbalik. Semakin kedl nilai total removal, maka semakin besar nilai overflow rate. Untuk waktu detensi pada masing-masing kurva isokonsentrasi ditentukan menggunakan garis bantu yang ditarik ke sumbe x di titik pengamatan yang paling dalam (60 cm). Hasil rekapitulasi perhitungan waktu detensi disajikan pada Gambar 4. 80 *'.10 g: 60 o E & 0 "C :g 40 Vl "C ~30 c (1/ 7 20.'t..:.,.------------+------------:::--.--.+--<~r'f;~...;.,_,~ ~ ::J Vl,10 I~ '---'-jr"":' +*F22..:$i~~...;,:~+...c:..+"""+~ " '.,::.::..j.22;---.:.~ o 0,0 0,60'::. 0~70...;\:i;~,1J,0.<.p,90.1;00.,~~io.;., 1,20 ~.;,;.;r,,;>.;\;q;\h~tl.itro~i1ril~;jirit) i.";.:=: x: ';',J''':.'<...,,'. Gambar 4. Kurva hubungan antara persentase TSS removal terhadap waktu detensi Gambar 4 menunjukkan bahwa total removal dengan waktu detensi mempunyai hubungan logaritmis dan berbanding lurus. Semakin kecll nilai total removal, maka semakin kecil juga nilai waktu 183 ISBN: 978-602-71782-0-
PROCeEDING NATIONAl CONFERENCE ON CONSEItVATloNfOR 'BETTERUFE detensinya. Untuk menentukan total fraksi padatan yang mampu dihilangkan (RTo), digunakan persamaan matematis sebagai berikut. (2) RTo merupakan total fraksi T yang mampu dihilangkan, sedangkan Ra, Rb, Rc:, dan seterusnya merupakan fraksi isokonsentrasi pada a, b, c, dan seterusnya. Rekapitulasi total fraksi T yang mampu dihilangkan disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Rekapitulasi nilai percentage TSSfraction removed T Remova I Fraksi 1S yang mampu dihilangkan (%) RT70 82.86 RTGO 78.21 RTso 7.7 RT40 70.43 RT30 63.74 RT20 6.79 RT10 42.49 Tabel 2. menunjukkan bahwa nilai percentage Tfraction removed dengan persentase TS pada kurva isokonsentrasi hasil perhitungan mempunyai hubungan logaritmis dan berbanding lurus. Semakin kedl nilai total TSSkurva isokentrasi, maka semakin keeil juga nilai percentage Tfraction removed. SIMPUlAN Penentuan persentasi penghilangan 1S menggunakan metode isokonsentrasi sudah selesai dilakukan. Hasil perhltungan total penyisihan fraksi 1 dengan variasi penyisihan 10, 20, 30, 40, 0, 60 dan 70% berturut-turut yaitu 42,49%; 6,79%; 63,74%; 70,43%, 7,7%, 78,21% dan 82,86%. Nilai tersebut kemudian dijadikan sebagai dasar atau acuan terhadap penentuan overflow rate dan waktu detensi unit sedimentasi. Untuk waktu detensi, hubungan antara variasi penyisihan dengan waktu detensi yaitu logantrnis berbanding lurus. Hubungan sebaliknya, logaritrnis berbanding terbalik terjadi.. ' pada variasi penyisihan dengan overflow rate. DAFTAR PUSTAKA Droste Ronald L.1997. Theory and Practie ~f Water and Wastewater Engineering. New York (US): John Wiley & Sons Inc. Un Shundar. 2004. Water and Waste water Calculations Manual. New York (US): McGraw-HiIIlnc Tchobanoglous G, Burton FL, Stensel HO. 2002. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. NeW York (US): McGraw-HiII f.,._,..-.j --J 184. ISBN:978-602-71782-0-